近紅外光譜(NIR)分析技術(shù)的應(yīng)用

近紅外光譜(NIR)分析技術(shù)的應(yīng)用近紅外光譜分析是近20年來(lái)發(fā)展最為迅速的高新技術(shù)之一，該技術(shù)分析樣品具有方便、快速、高效、準(zhǔn)確和成本較低，不破壞樣品，不消耗化學(xué)試劑，不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，因此該技術(shù)受到越來(lái)越多人的青睞。一、近紅外光譜的工作原理有機(jī)物以及部分無(wú)機(jī)物分子中各種含氫基團(tuán)在受到近紅外線照射時(shí)，被激發(fā)產(chǎn)生共振，同時(shí)吸收一部分光的能量，測(cè)量其對(duì)光的吸收情況，可以得到極為復(fù)雜的紅外圖譜，這種圖譜表示被測(cè)物質(zhì)的特征。不同物質(zhì)在近紅外區(qū)域有豐富的吸收光譜，每種成分都有特定的吸收特征。因此，NIR能反映物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)信息，從而可以作為獲取信息的一種有效載體。二、近紅外光譜儀的應(yīng)用NIR分析技術(shù)的測(cè)量過(guò)程分為校正和預(yù)測(cè)兩部分（如圖一所示），(1)校正：①選擇校正樣品集，②對(duì)校正樣品集分別測(cè)得其光譜數(shù)據(jù)和理化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，③將光譜數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)計(jì)量方法建立校正模型；(2)預(yù)測(cè)：采集未知樣品的光譜數(shù)據(jù)，與校正模型相對(duì)應(yīng)，計(jì)算出樣品的組分。由此可知，建立一個(gè)準(zhǔn)確的校正模型是近紅外光譜分析技術(shù)應(yīng)用中的重中之重。圖一2.1定標(biāo)建模2.1.1為什么要建立近紅外校正模型2.1.1.1建立近紅外校正模型的最終目標(biāo)是獲得一個(gè)長(zhǎng)期穩(wěn)定的和可預(yù)測(cè)的模型。2.1.1.2近紅外光譜分析是間接的（第二手）分析方法，所以①需要定標(biāo)樣品集；②利用定標(biāo)樣品集的參比分析數(shù)據(jù)與近紅外光譜建立校正模型；③近紅外分析準(zhǔn)確度與參比方法數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高度相關(guān)；④近紅外分析精度一般優(yōu)于參比方法分析精度。2.1.2模型的建立與驗(yàn)證步驟2.1.2.1掃描樣品近紅外光譜準(zhǔn)確掃描校正樣品集中各個(gè)樣品規(guī)范的近紅外光譜：為了克服近紅外光譜測(cè)定的不穩(wěn)定性的困難，必須嚴(yán)格控制包括制樣、裝樣、測(cè)試條件、儀器參數(shù)等測(cè)量參數(shù)在內(nèi)的測(cè)量條件。利用該校正校品集建立的數(shù)學(xué)模型，也只能適用于按這個(gè)的測(cè)量條件所測(cè)量光譜的樣品。2.1.2.2測(cè)定樣品成分（定量）按照標(biāo)準(zhǔn)方法（如飼料中的粗蛋白GB/T6432、水分GB/T6435、粗脂肪GB/T6433）準(zhǔn)確測(cè)定樣品集中每個(gè)樣品的各種待測(cè)成分或性質(zhì)(稱(chēng)為參考數(shù)據(jù))。這些值測(cè)定的精確度是近紅外光譜運(yùn)用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行定量分析精確度的理論極限。2.1.2.3建立數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系通過(guò)2.1.2.1所得光譜與2.1.2.2所得不同性質(zhì)參數(shù)的參考數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，使光譜圖和其參考數(shù)據(jù)之間形成一一對(duì)應(yīng)映射的關(guān)系，從而建立一個(gè)帶參考數(shù)據(jù)的光譜文件。2.1.2.4剔除異常值2.1.2.3建立的光譜文件中，樣品參考值與光譜有可能由于各種隨機(jī)的原因而有較嚴(yán)重的失真，這些樣品的測(cè)定值稱(chēng)為異常值。為保證所建數(shù)學(xué)模型的可靠性，在建立模型時(shí)應(yīng)當(dāng)剔除這些異常值。2.1.2.5建立模型選擇算法、確定模型的參數(shù)、建立、檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)數(shù)字模型：常用的算法有逐步回歸分析、偏最小二乘法、主成分回歸分析等。這些算法的基本思想圖三三、近紅外光譜分析技術(shù)的不足3.1近紅外光譜分析的靈敏度相對(duì)較低，不能用于微量分析。這主要是因?yàn)榻t外光譜作為分子振動(dòng)的非諧振吸收躍遷幾率較低一般近紅外倍頻和合頻譜帶強(qiáng)度是其基頻吸收的十萬(wàn)分之一。所以對(duì)組分的分析而言，其含量一般應(yīng)大于0.1%才適合采用近紅外光譜分析技術(shù)。當(dāng)然這個(gè)數(shù)值并不是理論限值，隨著近紅外分析技術(shù)的不斷發(fā)展，相信它的最小檢出限還將會(huì)有所突破。3.2分析必須要依賴(lài)模型，對(duì)模型的建立要求較高，投入較大。預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性與校正模型建立的質(zhì)量有很大關(guān)系，因此，建立校正模型一般需要有經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)業(yè)人員和來(lái)源豐富的有代表性的大量樣品，并配備精確的化學(xué)分析手段。3.3模型傳遞技術(shù)尚不成熟。目前，由于校正模型受限于各種測(cè)量條件，只能適應(yīng)一定的時(shí)間和空間范圍，如果能建立成熟的模型傳遞，使在一臺(tái)儀器上建立的定性或定量校正模型可靠地移植到其他相同或類(lèi)似的儀器上使用，就能減少建模所需的時(shí)間和費(fèi)用。四、結(jié)束語(yǔ)盡管近紅外檢測(cè)分析技術(shù)目前還有些許不足，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、光譜學(xué)和化學(xué)計(jì)量學(xué)的快速發(fā)展和相互融合，該技術(shù)預(yù)測(cè)能力及預(yù)測(cè)精度等將得到進(jìn)一步提高，建模難度也將進(jìn)